Для приготовления водки ректификованный спирт смешивают с подготовленной умягченной водой, получаемая при этом водно-спиртовая смесь называется сортировкой. Обычно сортировку готовят периодически в герметически закрытом смесителе, представляющим собой цилиндрический резервуар вместимостью от 300 до 1200 дал [4]. В смеситель из мерников подается расчетное количество спирта, а затем воды. Для смешения компонентов используют: механическое перемешивание с помощью мешалок; гидродинамическое перемешивание с помощью насоса; перемешивание сжатым воздухом, подаваемым из компрессора через барботер, находящийся внутри смесителя.
Сортировку можно получать также непрерывным способом, который обеспечивает большую производительность, экономию производственные площадей, и при современном развитии средств АСУ TП переход на «безлюдные» технологии. При непрерывном способе приготовления сортировки для смешения спирта и воды используются либо проточные многоступенчатые смесители [1], либо инжекционные аппараты [5]. Последние наиболее перспективны для приготовления сортировки.
Схема инжекционной установки приготовления сортировки приведена на рисунке 1.
Рисунок 1- Схема инжекционной установки:
1- насос подачи умягченной воды; 2 - манометры; 3 - инжектор; 4 - обратный клапан; 5 - напорные чаны; 6 - сборник умягченной воды; 7 - мерник спирта; 8 - смотровой фонарь; 9 - бачок постоянного уровня; 10- регулирующий вентиль для подачи спирта
Основным элементом установки является инжектор, полный расчет которого весьма сложен и трудоемок [3], что является одной из причин более широкого использования устройства для приготовления сортировки.
Ниже предлагается методика инженерного (упрощенного) расчета инжектора. Расчетная схема устройства приведена на рисунке 2.
Рисунок 2- Расчетная схема инжектора:
1- сопло; 2- камера смешения; 3- диффузор
Исходными данными для расчета являются:
- массовый расход воды (рабочая жидкость) Gв, кг/с;
- массовый расход спирта (инжектируемая жидкость) Gс, кг/с;
- давление воды на входе в инжектор рв, Па;
- давление спирта на входе в инжектор рс, Па.
Массовые расходы воды и спирта определяются из материального баланса стадии приготовления сортировки. Давления смешиваемых компонентов на входе в инжектор принимаются по производственным данным.
Необходимый коэффициент инжекции определяется соотношением
. (1)
По полученному коэффициенту инжекции, согласно рекомендациям [3], определяется оптимальное соотношение сечений камеры смешения и сопла
. (2)
Площадь сечения сопла вычисляется по формуле
, (3)
где j1 = 0,95 – коэффициент скорости сопла [3]; Dрр = ррв – рс – перепад давлений между входными потоками инжектора, Па; rв – плотность воды, кг/м3.
Диаметр сопла
. (4)
Площадь сечения камеры смешения
. (5)
Диаметр камеры смешения
. (6)
Длина свободной струи воды после сопла
, (7)
где а = 0,16 – опытная константа для несжимаемых сред [3].
Диаметр рабочей струи воды на расстоянии 
. (8)
Если d3 > d4, то расстояние от выходного сечения сопла до входного сечения цилиндрической части камеры смешения принимается равным
.
Если d3 < d4, то расстояние от выходного сечения сопла до входного сечения цилиндрической части камеры смешения определяется по формуле
, (9)
где 
= (d4 - d3)/2 – длина конического участка камеры смешения при угле раскрытия конуса 90о.
Длина цилиндрической части камеры смешения определяется из соотношения
. (10)
Диаметры штуцеров, подводящих воду и спирт к инжектору, а также готовой сортировки определяются из уравнения расхода
, (11)
где vi - объемный расход соответствующего потока, кг/м3; wi – рабочая скорость среды в штуцере, принимаемая по рекомендациям [2].
Длина диффузора
, (12)
где dс – диаметр выходного сечения диффузора, м.
Относительный перепад давления, создаваемый инжектором
, (13)
где Dрс = рср – рс – перепад давлений между выходом сортировки из инжектора и входом спирта в инжектор; rс – плотность спирта, кг/м3; rср – плотность сортировки, кг/м3; j2 = 0,975, j3 = 0,9, j4 = 0,925 – коэффициенты скорости в соответствующих сечениях инжектора [3]; n – коэффициент, определяемый соотношением
. (14)
Давление сортировки на выходе из диффузора определяется по формуле
рср = рс + Dрр
. (22)
Приведенная выше методика расчета инжектора для непрерывного приготовления сортировки в производстве водки позволяет определить конструктивные размеры основных элементов устройства и режимные параметры его эксплуатации.
Методика может быть использована при конструировании инжекторов для смешения и других жидких сред.
Рецензенты:
Когтев С.Е., д.т.н., профессор, директор по развитию производства ООО «Синтез-ПКЖ», г. Дзержинск.
Сидягин А.А., д.т.н., профессор кафедры «Машины и аппараты химических и пищевых производств» ГОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева», г. Дзержинск.